Linux C内联汇编用法

最新推荐文章于 2025-03-23 21:13:11 发布

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本文详细阐述了Linux内核中使用汇编的关键概念，包括asm和volatile的作用、InstructionList的定义、Output和Input部分的用途、以及Clobber/Modify的含义。通过实例代码分析，深入探讨了如何在驱动程序中实现原子操作，屏蔽本地中断等功能，为读者提供了一次全面而深入的汇编学习之旅。

Linux内核中有很多c中使用汇编的情况，比如原子操作。内联汇编通常用下面的格式：

asm　volatile("Instruction List" : Output : Input : Clobber/Modify);

当然，或者写作如下格式（Output、Input、Clobber/Modify都是可选的），也就是三个冒号，4个部分：

asm　volatile("Instruction List"

: Output

: Input

: Clobber/Modify);

为了理解方便，以屏蔽本地irq相关函数的代码为例子：

 
         static 
         inline 
         unsigned  
         long 
         native_save_fl(
         void
         )
        
         {
        
         unsigned 
         long 
         flags;
        
         /*
        
         * "=rm" is safe here, because "pop" adjusts the stack before
        
         * it evaluates its effective address -- this is part of the
        
         * documented behavior of the "pop" instruction.
        
         */
        
         asm 
         volatile
         (
         "# __raw_save_flags\n\t"
        
         "pushf ; pop %0"
        
         : 
         "=rm" 
         (flags)
        
         : 
         /* no input */
        
         : 
         "memory"
         );
        
         return 
         flags;
        
         }
        
         static 
         inline 
         void 
         native_restore_fl(unsigned 
         long 
         flags)
        
         {
        
         asm 
         volatile
         (
         "push %0 ; popf"
        
         : 
         /* no output */
        
         :
         "g" 
         (flags)
        
         :
         "memory"
         , 
         "cc"
         );
        
         }
        
         static 
         inline 
         void 
         native_irq_disable(
         void
         )
        
         {
        
         asm 
         volatile
         (
         "cli"
         : : :
         "memory"
         );
        
         }
        
         static 
         inline 
         void 
         native_irq_enable(
         void
         )
        
         {
        
         asm 
         volatile
         (
         "sti"
         : : :
         "memory"
         );
        
         }

本篇blog耗时2小时。

1、asm和volatile

volatile是c的关键字，是个修饰符，用于修饰变量或者函数，意思是告诉编译器，该变量或者函数是“易变”的，编译器会在优化时做相关的考虑。驱动中常用于修饰急促器变量。Linux下c中的使用内联汇编，就是这样，需要asm()的格式，可以没有volitile，但不能没有asm。

关于asm到底是什么？首先，它不是ANSI C关键字，c89/c99标准中没有asm关键字；asm属于“GNU C Language Extensions”，像typeof，inline等都是这种情况。

2、Instruction List

指令序列，就是指要执行的指令汇编指令，多条指令之间使用分隔符“；”、“\n\t”等进行联合。

对应例子中，就是

"pushf；pop %0"
“push %0；popf”
"cli"
"sti"

含义分别为：

将EFLAGS寄存器的值压栈，再出栈给的1个变量（先这么叫吧）
将第1个变量压栈，再出栈给EFLAGS寄存器
禁止本地中断
开启本地中断

3、Output

指令序列执行的结果的输出，指指令执行的结果要输出到哪。Output和Input部分，通常使用下列格式：

“constraint”(variable)

constraint为限制的意思，翻译好听点就是“修饰”，用于限制variable的。

在例子中，只有navtive_save_fl函数有“=rm”(flags)，这句还不好臆测，还得查资料（参考资料5）：

=，表示只写，也是output必须具备的（看见=，就是output）
r表示寄存器
m表示内存
flags为变量名

联合起来表示将flags变量以内存或者寄存器的方式进行操作，flags是输出。

关于constraint：

a,b,c,d,S,D 分别代表 eax,ebx,ecx,edx,esi,edi 寄存器
r 上面的寄存器的任意一个（谁闲着就用谁）
m 内存
i 立即数（常量，只用于输入操作数）
g 寄存器、内存、立即数都行（gcc你看着办）

4、Input

Input和Output很像，就是没有“=”。Input为指令序列提供输入，在例子中，只有native_restore_fl函数有“g”(flags)，g表示“Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for registers that are not general registers.”，表示flags可以使用寄存器、内存、立即数等方式。

还有个问题，就是Input和Output如何与Instruction List相关联的？Instruction List中的%0，前面叫他“第一个变量”，实际上是不准确的，实际上应该叫做input/output operand，输入/输出操作数，从Output开始，0表示第一个，1就表示第二个，以此类推。从gcc3.1开始，支持直接将%0写作%[input]、%[output]。

input和Output可以有多个变量：中间用“，”隔开。